差热分析法研究铝合金时效机理
铝合金时效处理工艺说明.
铝合金的热处理铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大,因而在热处理时也有所不同。
前者保温时间长,一般都在2h以上,而后者保温时间短,只要几十分钟。
因为金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的,其结晶组织比石膏型、砂型铸造的铸件细很多,故其在热处理时的保温也短很多。
铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀,有异形面或内通道等复杂结构外形,为保证热处理时不变形或开裂,有时还要设计专用夹具予以保护,并且淬火介质的温度也比变形铝合金高,故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。
一、热处理的目的铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能,稳定尺寸,改善切削加工和焊接等加工性能。
因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求,除Al-Si 系的ZL102,Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外,其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的机械性能和其它使用性能,具体有以下几个方面:1消除由于铸件结构(如璧厚不均匀、转接处厚大等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力;2提高合金的机械强度和硬度,改善金相组织,保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能;3稳定铸件的组织和尺寸,防止和消除高温相变而使体积发生变化;4消除晶间和成分偏析,使组织均匀化。
二、热处理方法1、退火处理退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力,稳定加工件的外形和尺寸,并使Al-Si系合金的部分Si结晶球状化,改善合金的塑性。
其工艺是:将铝合金铸件加热到280-300℃,保温2-3h,随炉冷却到室温,使固溶体慢慢发生分解,析出的第二质点聚集,从而消除铸件的内应力,达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形、翘曲的目的。
2、淬火淬火是把铝合金铸件加热到较高的温度(一般在接近于共晶体的熔点,多在500℃以上,保温2h以上,使合金内的可溶相充分溶解。
均质工艺对6082_铝合金组织和性能的影响
0引言铝合金作为汽车轻量化的首选材料，在汽车领域的应用逐渐提高[1-2]。
6×××系铝合金具有良好的比强度及加工特性，还有良好的热塑性、优良的耐蚀性及理想的综合力学性能，而且很易氧化着色，因此在汽车、建筑等行业得到了广泛应用[3-5]。
6082铝合金是典型的可热处理处理6×××系铝合金，具有较高的比强度、优异的耐蚀性、良好的焊接性、良好的挤压性能以及优良的力学性能，被广泛应用于汽车、高速轨道列车、船舶工业领域。
汽车悬架控制臂是6082铝合金的典型应用之一，该类产品作为汽车中重要零件之一（见图1），用于传递车轮所需各向支撑力，以及承受全部的前后方向应力[6]。
它是底盘系统的重要安全件，在设计中要求强度高、可靠性好，它的强度直接关系到车辆和人员的安全。
悬架控制臂的典型加工工艺为锻造后机加工，所用锻坯为挤压圆棒。
由于该部件在使用过程中承受疲劳载荷，因此对该部件的性能要求较高（特别是中高端车型）。
对于锻坯（挤压圆棒）的要求也极为苛刻，典型要求包括挤压态圆棒粗晶层深度≤0.5mm，固溶热处理时效后纵向拉伸力学性能高出国标30MPa，且对于锻后零件内粗晶层和力学性能也要求极高。
图1悬架控制臂黄继武[7]等研究了490～560℃条件下均匀化热处理中β相和α相的转变情况，以及非平衡析出物鱼骨状共晶形态的变化，并基于这些化合物的转变和尺寸分布确定出最佳的均质工艺为560℃保温6h。
谢怡纯[8]等人采用差热分析、光镜、电镜、电导率仪和硬度计，研究了Mn含量0.45%的6082合金在550℃条件下4～10h保温时间内，铸锭内部第二相形态分布、硬度和电导率数值，以硬均质工艺对6082铝合金组织和性能的影响王兴瑞1，曹善鹏1，汲庆涛2，庞广鑫1，王永红2（1.山东南山铝业股份有限公司，烟台265700；2.山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心，烟台265700）摘要：本文以6082铝合金为研究对象，使用不同工艺对圆铸锭进行均质热处理，随后经过相同的工艺挤压圆棒，并经过相同的热处理工艺时效至T6状态。
Zn在AlSiCuMg合金时效过程中的作用
收稿日期:2007-07-14.基金项目:辽宁省优秀人才基金资助项目(2005221003).作者简介:李荣德(1960-),男,甘肃酒泉人,教授,博士生导师,主要从事铸造合金新材料、压铸等方面的研究. 材料科学与工程文章编号:1000-1646(2007)06-0642-04Zn 在AlSiCuMg 合金时效过程中的作用李荣德,张晓丽,李润霞(沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110023)摘 要:研究了微量合金元素Zn 对高强度铸造合金Al 2Si 2Cu 2Mg 时效过程的影响.通过差热分析和透射电镜等分析测试方法表明:当锌的添加量在w (Zn )=011%～110%时,可提高合金的时效峰硬度,加快合金的硬化速度.当Zn 含量为015%时,合金的时效峰最高,当Zn 含量增大到w (Zn )=1%时,硬度有所降低,但仍高于无Zn 合金.通过DSC 和TEM 分析显示,微量的Zn 固溶于基体中,加快了亚稳相的析出,较早地形成了细小而密集的亚稳相,从而使合金获得了较高的峰时效硬度.关 键 词:Al 2Si 2Cu 2Mg 合金;锌;时效强化;差热分析;透射电镜中图分类号:TG 146 文献标识码:AE ffect of Zn in aging process of Al 2Si 2Cu 2Mg cast alloyL I Rong 2de ,ZHAN G Xiao 2li ,L I Run 2xia(School Materials Science and Engineering ,Shenyang University of Technology ,Shenyang 110023,China )Abstract :The influence of trace Zn on the aging process of high strength Al 2Si 2Cu 2Mg cast alloy was investigated.It is noted through DSC and TEM analysis that the addition of 011%to 110%Zn into the Al 2Si 2Cu 2Mg alloy can promote the age 2hardening process and increases the hardness of the alloy under the condition of peak aging.When the content of Zn is 015%,the highest hardness is obtained.With increasing the content of Zn to 1%,the hardness of the alloy decreases ,but is still higher than that of the alloy without adding Zn.The results of DSC and TEM analysis reveal that the addition of trace Zn promotes the precipitation of fine metastable phases and lead to the increase in hardness of the alloy.K ey w ords :Al 2Si 2Cu 2Mg alloy ;Sn ;Age 2hardening ;DSC ;TEM 铸造Al 2Si 2Cu 2Mg 合金具有高强度、低热膨胀系数、良好的铸造性能及耐磨性等特点,并广泛应用于制造活塞、汽缸体、汽缸盖和曲轴箱等铸件[1-2].国内外许多牌号铝合金都添加微量Zn 以改善性能.Zn 在同时添加有Mg 、Cu 、Si 等合金化元素的三元或四元铝合金中起重要作用,形成MgZn 2强化相,可显著提高铝合金的强度.在我国的Al 2Si 系合金Z L115、Al 2Cu 系合金Z L305等合金中都加有Zn ,因为Zn 可稍微提高合金的强度,但韧性有所下降.在Z L107A 中,Zn 的存在提高了Cu 的溶解速度和溶解度,提高了合金的塑性;在Al 2Si 2Cu 系合金中,Zn 可提高Cu 的溶解速度和溶解度,还可提高合金的塑性[3].Zn 在Al 中的溶解度非常大,当铝硅合金中含锌量大于6%时,组织中没有铝硅合金(如Z L102)那样的初生α枝晶.当含锌量增加到25%时,在富锌晶界处已看不见粗大的共晶硅.说明锌具有在钠变质条件下消除铝硅合金初生α固溶体相的作用,还有促进初生硅析出倾向的作用.用铝硅二元合金的共生理论解释,说明Zn 可使变质铝硅合金偏右的相图共生区(伪共晶区)向左扩大[4].第29卷第6期2007年12月沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang University of TechnologyVol 129No 16Dec.2007当Al中加入的Zn大于10%时,能显著提高合金的强度,它的最大优点是不需热处理就能使合金强化.但这种合金抗蚀性能差,有应力腐蚀倾向,铸造时容易产生热裂.Zn在非Al2Zn系铝合金中的添加量控制在1%为好,因为超过1%,则抗蚀性能降低,并且凝固时收缩量也大,有助长裂纹的倾向.目前通过添加微量元素Zn提高合金热处理后性能的研究还不多,本文旨在通过DSC和TEM等方法,研究微量元素Zn对铸造Al2Si2Cu2 Mg合金热处理后力学性能和组织的影响.1 实验材料和方法纯Al和Al230Cu、Al227Si、Al210Mn、Al24Ti 中间合金在740℃加热熔清后,加入纯Mg和纯Zn,经六氯乙烷除气,三元钠盐变质处理后,在金属模中浇注成<12mm×60mm的试棒,实验用5种合金的化学成分见表1.试样在氮气保护固溶炉中(525±5)℃固溶12h,60～80℃温水水淬,淬火延迟时间小于10s.淬火处理后的试样在台式干燥箱中175℃时效处理1～24h.硬度试样的尺寸为<12mm×5mm,每个硬度值为6个测点的平均.依据标准G B145259制备的拉伸试样(<5mm×25mm),试样经(525±5)℃/12h固溶,175℃/5h时效处理后,在CSS255100型拉伸实验仪上测试抗拉强度和延伸率,拉伸速度为011mm/s,每个值取3个试验的平均值.表1 合金的化学成分T ab11Chemical composition of alloysNo1Si Cu Mg Zn Mn Ti Al1919811480148—01180120其余2919611530151011001180118其余31010211510149012501180119其余4919711500150015001190118其余51010111490151110001190119其余 在DSC实验中,将尺寸为<5mm×015mm 的圆片置于氮气保护下,540℃保温处理20min 后液氮淬火.随后立即在Perkin2Elmer7C型热分析仪上进行分析,试样从50℃加热至600℃,加热速度为10℃/min.TEM观察用试样从拉伸后的试样上获得,先在距断口1～2mm处线切割成015mm的薄片,机械减薄至30μm后,用20%硝酸+80%甲醇的电解液在-20℃下双喷减薄,在PHIL IPS EM400型透射电子显微镜上观察合金的显微组织.2 试验结果211 Z n对合金时效过程的影响图1为不同Zn含量合金的时效硬化曲线.由图1可以看出:每一条曲线皆呈现硬化双峰现象[5-6],合金元素Zn的添加显著提高了合金的峰时效硬度,同时也加快了合金的硬化速度.图1 实验合金175℃的时效硬化曲线Fig11 Age2hardening curves of alloys at175℃与No11合金对比可以看出,其他4条合金时效硬化曲线皆在其上方,也就是说,加Zn合金的硬度均高于不加Zn合金的硬度.在011%～015%范围内,随Zn含量的增加,时效硬度曲线逐渐提高,加Zn后合金(No14)的峰时效硬度由不加Zn合金(No11)的112MPa提高到了118MPa.但Zn对合金时效强化的这种促进作用也是随着Zn含量的增加先增大后降低.当Zn含量为015%时,合金的时效峰最高,而Zn含量增大到1%时,峰时效硬度反而有所降低.随Zn含量的增加,时效第一峰时间提前, No11合金时效第一峰值在6h出现,No12合金第一峰值为5h出现,而No14合金的第一峰值时间则提前到了4h.即加Zn后合金经过较短时间的时效处理就可以使硬度有较大幅度的提高.差示扫描量热仪能够跟踪时效硬化合金在连续加热过程中过饱和固溶体分解、GP区形成与溶解、中间沉淀相析出与溶解以及最终沉淀相析出与溶解等全过程,是一种分析合金的时效析出序列的有效手段.图2为No11合金和No15合金的DSC曲线.两条曲线上都出现了4个放热峰,这些放热峰的出现是由于在升温过程中不同类型时效沉淀相的析出所致.由以往的研究可346第6期李荣德,等:Zn在AlSiCuMg合金时效过程中的作用 知[1,7-8],Al 2Si 2Cu 2Mg 合金(No 11)DSC 曲线上的两个放热峰A 、B ,分别对应于GP Ⅱ区θ″相的形成、θ′过渡相的形成.在合金中加入了微量Zn 后,DSC 曲线上的放热峰A 提前出现,即放热峰A 出现温度降低,GP Ⅱ区θ″相的形成时间提前.放热峰B 无明显变化,即此范围内的Zn 不影响θ′过渡相的的形成.由此可说明微量元素Zn 明显加快了合金时效强化相(高密度GP Ⅱ区)的析出过程.图2 合金的DSC 曲线Fig 12 DSC curves of as 2quenched alloys during heating212 Z n 对合金显微组织的影响在Al 2S i 合金中加入Mg 、Cu 、Zn 元素,一方面能不同程度地溶入α固溶体中,使固溶体结构复杂化,提高合金的强度;更为重要的是,它们在合金中还能生成Mg 2S i 、Al 2Cu 、S (Al 2CuMg )、W (Al 4Mg 5Cu 4S i 4)等化合物相.它们在α固溶体中的溶解度随温度的下降而降低,经淬火(固溶化)和时效处理后,使合金的力学性能大大提高.图3为合金峰时效时不同析出相的形貌及其分布(对应第一个时效峰).峰时效时在枝晶内观察到非常细小而弥散分布的针状析出相(长度为10～20nm ),这些细小的析出物为GP 区.由这些析出相的尺寸和形貌判断它们是以GP Ⅱ区为主的GP 区.在以GP 区为主要强化相的合金中,基体沉淀相的强度低,因而位错能剪切析出物,基体容易产生共面滑移,形成强滑移带,造成位错在晶界堆积,随之产生较大的局部应力,此时强化主要来源于GP 区在基体中所引起的内应力以及位错穿过它们所引起的化学效应对位错的阻碍作用.在基体组织中除了这些细小的针状相,还观察到了一些尺寸更为细小的点状析出物(直径<5nm ),可以看到这些细小的相均匀地分布在合金的基体中.Al 2Si 2Cu 2Mg 合金中的主要时效脱溶相为θ和β序列[9-10]:α相→GP 区→θ″→θ′→θ相(Al 2Cu )和α相→GP 区→β″→β′→β相(Mg 2Si ).由DSC 和TEM 实验结果可知,Al 2Si 2Cu 2Mg 合金的时效强化主要来源于高密度GP Ⅱ区(θ″)和亚稳相(θ′)的强化.而微量元素Zn 对Al 2Si 2Cu 2Mg 合金的时效过程有着显著的影响,有效地促进了合金的时效析出过程.图3 合金的TEM 组织Fig 13TEM images of alloys a 1No 11合金175℃时效6h b 1No 14合金175℃时效4h3 结 论1)添加Zn 元素,可提高Al 2Si 2Cu 2Mg 合金的峰时效硬度,但当Zn 含量增大到w (Zn )=1%时,硬度反而降低.2)合金元素Zn 明显加快了合金时效强化相的析出过程,使Al 2Si 2Cu 2Mg 合金在较低温度发生相变.3)Zn 元素促进了GP Ⅱ区θ″相形成,进而加快了亚稳相析出,且亚稳相形态细小而弥散.参考文献:[1]K ang H G.Age 2hardening characteristics of Al 2Si 2Cu 2base cast alloy [J ].AFS Trans ,1999,27:507-514.[2]王金国,周宏,大成桂作,等.镍和锰对Al 2Si 2Cu 2Mg四元合金凝固组织和时效硬化的影响[J ].中国有色金属学报,2000(10):168-172.446 沈 阳 工 业 大 学 学 报第29卷(WAN G Jin2guo,ZHOU Hong,K eisaku Ogi,et al.E ffect of Ni and Mn on solidified microstructure and ag2ing hardening of Al2Si2Cu2Mg alloy[J].Trans Nonfer2 rors Met S oc China,2000(10):168-172.)[3]李德成,李玉胜.Z L107A高强度铸造铝合金成分的优化[J].铸造,1997(11):48-50.(L I De2cheng,L I Yu2sheng.Optimization of ingredient of Z L107A casting aluminum alloy[J].Foundry,1997(11):48-50.)[4]赵浩峰,王玲,刘旭东.锌对铝硅合金组织和性能的影响研究[J].特种铸造及有色合金,1994(2):5-7.(ZHAO Hao2feng,WAN G Ling,L IU Xu2dong.The effect of Zn on microstructure and properties of Al2Si al2 loy[J].Special Casting&Nonferrous Alloys,1994(2): 5-7.)[5]Li R X,Li R D,He L Z,et al.Age2hardening behaviorof cast Al2Si base alloy[J].Mater Lett,2004,58(15): 2096-2101.[6]李润霞,李荣德,杨秀英,等.高强度铸造AlSiCuMg合金时效性能的研究[J].铸造,2003,52(6):390-394.(L I Run2xia,L I Rong2de,Y AN G Xiu2ying,et al.Age hardening characteristics of high strength cast Al2Si2Cu2 Mg alloy[J].Foundry,2003,52(6):390-394.) [7]Dutta I,Allen S M,Hafley J L.E ffect of reinforcementon the aging response of cast6061Al2Al2O3particulate composites[J].Metall Trans A,1991,22A:2553-2563.[8]John M P.A calorimetric study of precipitation in alu2minum alloy2219[J].Metall Trans A,1981,12A: 269-280.[9]K ashyap J L,Murali S,Raman K S,et al.Casting andheat treatment variables of Al27Si2Mg alloy[J].Mater Sci Technol,1993(9):189-203.(责任编辑:王艳香 英文审校:陈立佳)(上接第636页)[5]包能胜,叶枝全.水平轴风力机状态空间模型参数辨识[J].太阳能学报,2003,124(13):727-731.(BAO Neng2sheng,YE Zhi2quan.Horizontal axis wind turbine state2space model parameter identification[J].Journal of S olar Energy,2003,124(13):727-731.) [6]Slootweg G S,Haan W H,Polinder H,et al.G eneralmodel for representing variable speed wind turbine in power system dynamics simulation[J].IEEE Transac2 tions on Power Systems,2003,18(1):144-151.[7]Wang X M,Zeng D,Deng Y.Pitch regulator mechanismon the neural network control based on Hebbina super2 vised learning algorithm[A].ICIEA20072nd IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications[C].Harbin,China,2007:23-25.[8]单光坤,刘颖明,姚兴佳.大型风力发电机组变桨距机构分析与实验研究[J].沈阳工业大学学报,2007,29(2):209-212.(SHAN Guang2kun,L IU Y ing2ming,Y AO Xing2jia.Pitch2regulated mechanism analysis and experiment of big wind turbine[J].Journal of Shenyang University of Technology,2007,29(2):209-212.)(责任编辑:吉海涛 英文审校:杨俊友)546第6期李荣德,等:Zn在AlSiCuMg合金时效过程中的作用 。
铝合金热处理-时效
众所周知，固溶热处理过的材料，以时间和温度为主要因素，从过饱和固溶状态产生析出，在此过程中材料的强度增加。
这种现象称为时效现象，它是继固溶热处理的重要的过程。
一般在室温下引起的时效叫做自然时效，在高温下引起的时效叫做人工时效。
前者也称为低温时效，后者也称为高温时效。
在室温时效时，时效速度缓慢不能达到最终值，而在高温时效时，时效速度达到最大值后引起软化。
这种现象称为过时效。
图5 2014，6061合金板材的人工时效条件与强度的关系图5是2014，6061合金板材的高温时效曲线，根据时间和温度的因素来了解淬火时的强度变化。
表4是实用合金的析出处理条件的一个例子。
用日本工业标准标号表示，T4状态为低温时效，T6为高温时效。
某些合金在热加工时就呈固溶状态，不用淬火处理，而只用析出处理也能获得强度。
6063挤压的材料的T5处理是其代表性的处理。
在生产过程中，时效处理时的生产技术上的问题，不比固溶处理时少。
因此更详细些就涉及到时效处理的机理。
如上所述，固溶热处理→室温过饱和固溶→时效→硬化发生性质上的变化，这是由于在过饱和固溶体的分解过程中合金结构发生了变化，因此关于形成什么样的析出相，过去就进行了大量的研究。
现在，对研究最多的了解详细的铝-4%铜合金的强化机理为例加以说明。
图6示出在两种时效条件下铝-4%铜合金析出硬化的区域、中间相的范围与硬度的关系，由此形成过饱和固溶体→G.P(1)→G.P(2)→→→CuAl2的序列。
图6 铝-4%铜合金在2种时效条件下时效硬化时组织对硬度的影响由于在室温那样比较低的温度下形成G.P区，因而在一定的临界温度以上加热时变为不稳定和再固溶。
由于这样原因，在时效硬化时强化的机械性能可以返回到固溶处理后(沾火当时)的软质状态。
这种现象称为回归。
例如，铝-4%铜合金进行常温时效，产生G.P区，如果再把它在200℃下加热1分钟左右，就恢复到淬火后的状态。
时效硬化的机理从位错理论来说，由于存在上述那样的析出质点，可根据位错运动妨害的程度情况来说明。
基于正交试验的低镁ZL305铝合金热处理工艺优化
基于正交试验的低镁ZL305铝合金热处理工艺优化王满林;卢行乐;吴永国;柴舒心;屈俊岑;高世磊;万元元【摘要】目的优化低镁含量ZL305铝合金热处理工艺参数.方法采用正交试验法,研究固溶温度、固溶时间、淬火介质对低镁ZL305铝合金力学性能和组织的影响.结果固溶温度对抗拉强度的影响最大且显著,固溶时间和淬火介质温度对抗拉强度的影响次之,但不显著;对断后伸长率影响最大的是固溶温度,其次是淬火介质温度和固溶时间,但影响均不显著.结论当采用固溶温度为495℃、固溶时间为12 h、淬火介质温度为25℃的处理参数时,低镁ZL305铝合金材料的固溶效果最优.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2017(009)004【总页数】5页(P116-120)【关键词】低镁ZL305铝合金;正交试验;热处理工艺;优化【作者】王满林;卢行乐;吴永国;柴舒心;屈俊岑;高世磊;万元元【作者单位】海装重庆局,重庆 401120;重庆长安工业(集团)有限责任公司,重庆401120;重庆长安工业(集团)有限责任公司,重庆 401120;西南技术工程研究所,重庆400039;西南技术工程研究所,重庆 400039;西南技术工程研究所,重庆 400039;西南技术工程研究所,重庆 400039【正文语种】中文【中图分类】TG166.3ZL305铝合金属于热处理强化型铸造铝合金，在新淬火状态下，抗拉强度可达290 MPa，断后伸长率可达8%，密度仅为2.62 g/cm3，具有优良的力学性能和抗电化学腐蚀能力，被应用于大型船舶上承受较大冲击载荷的关键部件[1—5]。
该合金铸造流动性较差，热裂敏感性强，对铸造工艺水平要求较高，使其仅限于应用在国防领域特种装备的重要部位，未能在铝合金铸件领域进行大量推广应用[6—9]。
近年来，由于国防领域研发水平飞速发展，大量重型装备战技指标日益提高，导致ZL305铝合金铸件在某些服役条件恶劣的环境下，难以满足装备整体性能的要求，具体表现为自然时效导致A18Mg5相大量析出，造成材料抗拉强度升高，断后伸长率下降，进而降低冲击韧性，使该合金铸件开裂倾向增大[10—13]。
铝合金淬火及时效曲线测定
四、实验步骤与方法
读数显微镜使用 首先将读数显微镜划线板刻度0~8mm调清楚，对准压痕一 边相切，然后读数鼓轮旋转与压痕，另一边相切，这时可以在 鼓轮上读出数据(鼓轮为0.01mm)。 可能出现如下三种情况： (1)满一个格子为1.00mm； (2)不满一个格子在鼓轮上读数为0.01mm； (3)超过一个格子在鼓轮上读数再加上1.00mm。 如1.00+0.78=1.78 查10D2得HBSA=97.2
D d
2 2
F：负荷250kgf π：系数3.14 D：压头5mm d：压痕直径 从公式得到，F、D、π是已知，只要测量d 值就知道HBS值。因此采用DM读数显微镜(放 大20x)测量d值，然后查表(10D2)即可。
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T
α
β
固溶处理 速冷 过饱和α 人工时效 饱和α＋析出相 自然时效
α
α＋β A B
析出
t
饱和α固溶体＋析出相 过饱和α固 固溶处理 （弥散细小的硬质点） 溶体 （固溶淬火）
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二、实验原理
脱溶的一般序列：
以Al－Cu合金为例说明脱溶转变的过程：从Al－Cu合金相图可知，该合金 室温组织由α固溶体和θ相（CuAl2）构成，加热到550℃保温，使θ溶入α，得单 相α固溶体，如果淬火快冷，便得到过饱和α固溶体，然后再加热到130℃保温 进行时效处理，随时间的延长，将发生下列析出过程（析出序列）： α → G· P区 → θ// → θ/ → θ 其中G· P区、θ//、θ/为亚稳定相。
测定硬度应取三点进行测定(最好选中心部位), 但每两点离压痕中心距离不小于压痕直径4倍，压痕 中心距试样边缘的距离不小于压痕的2.5倍，查表。 （建议根据实验条件要求，试样测定布式硬度值HB， 测定硬度时选用参数为：负荷250kgf（2.452kN）， 淬火钢球直径Φ5mm，负荷保持时间30秒）。
铝合金的时效强化是如何进行和完成的
铝合金的时效强化是如何进行和完成的经淬火后的铝合金强度、硬度随时间延长而发生显著提高的现象称之为时效，也称铝合金的时效硬化。
这是铝合金强化的重要方法之一。
由定义可知，铝合金时效强化的前提，首先是进行淬火，获得饱和单相组织。
在快冷淬火获得的固溶体，不仅溶质原子是过饱和的，而且空位(晶体点缺陷)也是过饱和的，即处于双重过饱和状态。
以Al -4%Cu 合金为例，固溶处理后，过饱和α固溶体的化学成分就是合金的化学成分，即固溶体中钢含量为4%。
由Al-Cu 相图可知，在室温平衡态下，α固溶体的含铜量仅为0.5%，故3.5%Cu过饱和固溶于α相中。
当温度接近纯铝熔点时，空位浓度接近10-3数量级，而在常温下，空位浓度为10-11数量级，二者相差10-8级。
经研究可知；铝合金固溶处理温度越高，处理后过饱和程度也越大，经时效后产生的时效强化效果也越大。
因此固溶处理温度选择原则是：在保证合金不过烧的前提下，固溶处理温度尽可能提高。
固溶处理后的铝铜合金，在室温或某一温度下放置时，发生时效过程。
此过程实质上是第二相Al2Cu 从过饱和固溶体中沉淀的过程。
这种过程是通过成型和长大进行的，是一种扩散型的固态相变。
它依下列顺序进行：a过→G.P区→θ’’相→θ’相→θ相G.P区就是指富溶质原子区，对Al-Cu合金而言，就是富铜区。
铝钢合金的G.P区是铜原子在(100)晶面上偏聚或从聚而成的，呈圆片状。
它没有完整的晶体结构，与母相共格。
200℃不再生成G.P 区。
室温时效的G.P区很小，直径约50A，密度为1014-1015/mm3，G.P区之间的距离为20-40 ?。
130℃时效15h后，G.P 区直径长大到90 ?，厚为4-6 ?。
温度再高，G.P区数目开始减少。
它可以在晶面处引起弹性应变。
θ’’相是随时效温度升高或时效时间延长，G.P区直径急剧长大，且铜、铝原子逐渐形成规则排列，即正方有序结构。
在θ’’过渡相附近造成的弹性共格应力场或点阵畸变区都大于G.P区产生的应力场，所以θ’’相产生的时效强化效果大于G.P区的强化作用。
铝合金时效分析
铝合金时效分析实验
一、实验目的
（1）熟悉铝合金的分类、特性及用途。
（2）掌握变形铝合金的时效处理过程及组织分析。
（3）掌握变形铝合金时效过程的硬度变化。
（4）掌握铝合金的硬度测试。
二、实验原理概述
（1）铝合金时效硬化现象——铝合金淬火后放置，其硬度将随时间的推移不断升高。
（2）时效硬化的本质——在固溶度曲线以下自过饱和固溶体析出了能使硬度得到提高的第二相。
（3）时效是铝合金强化的重要方法之一.
三、实验内容及步骤
（1）熟悉本实验所用的7A04合金的组织。
（2）观察和分析7A04合金的固溶+时效的组织。
（3）测试7A04合金自然时效和人工时效的硬度。
四、实验仪器及设备
布、洛氏两用硬度计显微维氏硬度计
五、实验结果及数据处理。